CN104830397B - 一种复合型高温环保生物质燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合型高温环保生物质燃料及其制备方法，所述复合型高温环保生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物25‑35份、生活垃圾15‑25份、污泥15‑25份、粪便15‑25份、煤粉15‑25份、废轮胎胶粒15‑25份、助燃剂2‑10份；所述助燃剂由白云石粉、尿素、赤泥、过氧化钙、氧化锰、过氧化锶、过氧化镁、氧化铈、硼泥。本复合型高温环保生物质燃料适合长期储存，无异味产生。本复合型高温环保生物质燃料的燃烧温度高，可达1320‑1380℃，燃烧效率相比普通生物质燃料提高了35%左右；热值可达4800‑5200千卡/千克，每吨复合型高温环保生物质燃料相当于0.7吨标准煤；燃烧尾气均符合国家相关规定，且除硫率可达98%，除硝率可达95%。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源，具体是一种复合型高温环保生物质燃料及其制备方法。
背景技术
农林废弃物是农林作物收获和加工过程中产生大量的废弃物，例如，农作物收获时残留在农田里的秸秆，农业生产过程中剩余的稻壳、糠皮，林业生产过程中残留的树枝、树叶、木屑和木材加工的边角料等，以及食品加工工业排出的残渣。我国农林废弃物资源丰富，目前，农林废弃物松散地分散在大面积范围内，除少部分的农作物秸秆用于家畜饲料、做饭和取暖外，大部分被作为废弃物弃之于田野。农林废弃物的利用方式有很多，其中农林废弃物的直接燃烧是应用最多的利用方式。然而，长期以来由于农林废弃物直接燃烧能源利用效率低，燃烧温度低，限制了其应用范围。工业生产中的各种窑炉加热需要大量能源，是一个巨大的利用市场，然而对燃料的燃烧温度要求1100℃以上，而采用传统燃烧方法的温度只有600-700℃，农林废弃物的成型燃料的燃烧温度也难以超过1000℃，不能适应工业燃料品质的要求；对农林废弃物常规的气化和液化燃料成本高，不能适应工业燃料经济指标的要求。所以，我国每年产生的7亿吨秸秆和2亿吨林业废料，不能进入工业窑炉燃料这个正适合生物质分散性特点的市场。大多数秸秆在田野被焚烧，造成污染和事故，枯枝落叶和杂草更是任其腐烂。
随着经济持续高速增长、城镇化程度的加快和人们生活水平的提高，生活垃圾产量迅速增加。历年累计堆存的生活垃圾总量多达80亿吨，占用土地5亿立方米、严重污染大气和地下水资源，更有气体爆炸事故的发生。生活垃圾既是土地、水体和大气的污染源，又是可再生利用的资源。随着人们生活水平的提高，生活垃圾中无机物含量降低、有机可燃物含量增多，这为生活垃圾的资源化利用提供了方便。如何实现生活垃圾的资源化处理与利用己成为世界各国所面临的共同问题。目前，生活垃圾的处理技术主要有填埋、焚烧和堆肥。但各种处理技术都有不容忽视的弊端，例如，填埋占地面积大、产生沼气和渗滤液，孽生蚊蝇；焚烧产生剧毒物质、Cd、Hg、Pb等重金属以及HCl、S02等酸性气体；堆肥处理时间长、产品中玻璃等杂质影响堆肥质量，肥效不高。
此外，城市下水道污泥也是城市环境污染之一，不仅破坏城市生态，损害投资环境，阻碍城市化进程，影响经济建设可持续发展，而且严重危害着城市周围的大气和水质，威胁着城市居民的生活质量和安全。科学有效的处理好城市下水道污泥，己成为我国关注的焦点问题。而城市下水道污泥的无害化、减量化、资源化、资源化处理，正是当今环保行业突破的方向。
如何有效回收利用各种垃圾和废弃物，是当下一种热门的研究课题，其中，以将各种生活垃圾和农林废弃物制备成生物质燃料最为突出。
中国发明专利于2014年06月25日授权公告了一种复合致密型生物质燃料及其制备方法，公告号为CN 102533382 B。所述的燃料按重量份计，由以下组分制备而成：生活垃圾25-35份、餐厨垃圾5-20份、排水污泥15-25份、人畜粪便15-25份、农林废弃物15-25份；所述的复合致密型生物质燃料采用以下制备方法得到：（1）单独收集各原料，将松树皮、松树枝干和松树叶中的至少一种收集后粉碎，混合，加热至115-170℃，将蒸出的高温松脂蒸汽从收集池底部分别通入生活垃圾、餐厨垃圾、排水污泥和人畜粪便的收集池对其进行除味灭菌处理，松树皮、松树枝和/或松树叶的总用量为收集池内含物重量的1/50-1/100，生活垃圾、餐厨垃圾、排水污泥和人畜粪便的处理时间分别24-28小时、32-36小时、32-42小时及42-48小时；（2）至少对生活垃圾和餐厨垃圾进行分拣，除去塑料及刚性物质；分拣后将各原料粉碎预处理；（3）将步骤（2）所得物料充分混合，取样测硫，按脱硫剂：含硫量为1.2：1-1.8：1的量加入脱硫剂；（4）将加入脱硫剂后的物料加至搓揉装置，对其进行至少一次搓揉；（5）将搓揉后的物料加至成型设备，得复合致密型生物质燃料粗样，干燥，即得复合致密型生物质燃料。
上述专利所得复合致密型生物质燃料能够同时处理生活垃圾、餐厨垃圾、农林废弃物、排水污泥及人畜粪便，并能以湿法常温常压大规模生产且不损失热值。此外，该发明还提供了上述生物质燃料的制备方法，所述方法简单可行，清洁环保、投资和运营成本低，有非常明显的经济效益和环境效益。但是上述专利还存在一下不足之处：
（1）该发明的主要创新点在步骤（1）中的除味灭菌方法，该方法比较环保；但是该处理方法是通过松脂蒸汽的味道掩盖异味进行除臭的，其除臭效果不彻底，得到产品不易长时间储存；其次，由于其采用熏蒸的方法，导致处理时间过长，最低为24小时，大大制约了生产效率；另外，我国松树大多分布在山区或者人工种植，松树生长缓慢，山区一般也不允许在大量砍伐，且松树皮、松树枝干和松树叶的采集和运输相对麻烦，人工种植的价格昂贵，大多作为景观树使用。
（2）该发明制备的复合致密型生物质燃料的燃烧温度难以超过1000℃，工业生产中的各种窑炉对燃料的燃烧温度要求1100℃以上，不能适应工业燃料品质的要求。
（3）该发明仅对燃料进行了脱硫处理，未进行脱硝处理，燃烧产生的氮氧化物会造成大气污染；另外，该发明为提供采用什么样的脱硫剂，导致其脱硫效果未知。
（4）该发明中餐厨垃圾，是居民饮食产生的生活垃圾，主要包括米和面粉、淀粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉、骨等。将餐厨垃圾制成生物质燃料，虽然可以解决餐厨垃圾的处理问题，但是也造成了资源浪费，餐厨垃圾更适合做成动物饲料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合型高温环保生物质燃料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种复合型高温环保生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物25-35份、生活垃圾15-25份、污泥15-25份、粪便15-25份、煤粉15-25份、废轮胎胶粒15-25份、助燃剂2-10份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉25-50份、尿素15-25份、赤泥15-25份、过氧化钙25-50份、氧化锰15-25份、过氧化锶5-10份、过氧化镁5-10份、氧化铈5-10份、硼泥5-10份。
作为本发明进一步的方案：所述复合型高温环保生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物28-32份、生活垃圾18-22份、污泥18-22份、粪便18-22份、煤粉18-22份、废轮胎胶粒18-22份、助燃剂5-8份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉35-40份、尿素18-22份、赤泥18-22份、过氧化钙35-40份、氧化锰18-22份、过氧化锶7-8份、过氧化镁7-8份、氧化铈7-8份、硼泥7-8份。
作为本发明进一步的方案：所述污泥包括城市下水道污泥、河道污泥、污水处理产生的污泥和垃圾处理产生的污泥。
作为本发明进一步的方案：所述粪便包括人、家禽和牲畜产生的粪便。
一种复合型高温环保生物质燃料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径均不大于5mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径均不大于5mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率50%-80%的混合浆料；
（3）其次，对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为90℃-110℃，时间为30min -90 min；
（4）接着，将微波处理后的混合浆料晾干，得到含水率为5%-10%的混合干料；
（5）最后，将混合干料与环保助燃剂一起进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径不大于0.8mm的复合型高温环保生物质燃料。
作为本发明进一步的方案：步骤（1）中垃圾碎料和植物碎料的粒径大小为2-4mm。
作为本发明进一步的方案：步骤（2）中得到的混合浆料的含水率为60%-70%。
作为本发明进一步的方案：步骤（3）为对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为100℃，时间为60min。
作为本发明进一步的方案：步骤（4）中得到的混合干料的含水率为8%。
作为本发明进一步的方案：步骤（5）中得到的复合型高温环保生物质燃料的粒径大小为0.3-0.7mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本复合型高温环保生物质燃料适合长期储存，无异味产生。
（2）本复合型高温环保生物质燃料的燃烧温度高，可达1320-1380℃，燃烧效率相比普通生物质燃料提高了35%左右；热值可达4800-5200千卡/千克，每吨复合型高温环保生物质燃料相当于0.7吨标准煤；燃烧尾气均符合国家相关规定，且除硫率可达98%，除硝率可达95%。
（3）本复合型高温环保生物质燃料的为国民经济生产提供了一种低成本的高温能源，能够满足大多数工业加热和窑炉燃料的温度要求，使得生物质燃料能广泛应用于工业能源领域，例如，火力发电、金属熔炼、海水淡化、城镇取暖、石灰烧制、热制空调、工业加热，其应用前景极为广阔。
（4）本复合型高温环保生物质燃料的燃烧废渣含有氮、钾、铁、锰、锶、镁、铈、硼等多种植物生长和人体必需的元素，因此可以直接作为农业肥料使用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种复合型高温环保生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物25份、生活垃圾15份、污泥15份、粪便15份、煤粉15份、废轮胎胶粒15份、助燃剂2份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉25份、尿素15份、赤泥15份、过氧化钙25份、氧化锰15份、过氧化锶5份、过氧化镁5份、氧化铈5份、硼泥5份。
所述复合型高温环保生物质燃料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径为4-5mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径均为4-5mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率50%的混合浆料；
（3）其次，对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为90℃，时间为30min；
（4）接着，将微波处理后的混合浆料晾干，得到含水率为5%的混合干料；
（5）最后，将混合干料与环保助燃剂一起进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径为0.7-0.8mm的复合型高温环保生物质燃料。
实施例2
一种复合型高温环保生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物30份、生活垃圾20份、污泥20份、粪便20份、煤粉20份、废轮胎胶粒20份、助燃剂6份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉38份、尿素20份、赤泥20份、过氧化钙38份、氧化锰20份、过氧化锶8份、过氧化镁8份、氧化铈8份、硼泥8份。
所述复合型高温环保生物质燃料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径为3-4mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径均为3-4mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率65%的混合浆料；
（3）其次，对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为100℃，时间为60min；
（4）接着，将微波处理后的混合浆料晾干，得到含水率为8%的混合干料；
（5）最后，将混合干料与环保助燃剂一起进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径为0.4-0.6mm的复合型高温环保生物质燃料。
实施例3
一种复合型高温环保生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物35份、生活垃圾25份、污泥25份、粪便25份、煤粉25份、废轮胎胶粒25份、助燃剂10份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉50份、尿素25份、赤泥25份、过氧化钙50份、氧化锰25份、过氧化锶10份、过氧化镁10份、氧化铈10份、硼泥10份。
所述复合型高温环保生物质燃料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径为2-3mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径为2-3mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率80%的混合浆料；
（3）其次，对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为110℃，时间为90min；
（4）接着，将微波处理后的混合浆料晾干，得到含水率为10%的混合干料；
（5）最后，将混合干料与环保助燃剂一起进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径为0.1-0.3mm的复合型高温环保生物质燃料。
对比例1
一种生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物30份、生活垃圾20份、污泥20份、粪便20份、煤粉20份、废轮胎胶粒20份。
所述生物质燃料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径为3-4mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径均为3-4mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率65%的混合浆料；
（3）其次，对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为100℃，时间为60min；
（4）接着，将微波处理后的混合浆料晾干，得到含水率为8%的混合干料；
（5）最后，将混合干料进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径为0.4-0.6mm的生物质燃料。
对比例2
一种生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物30份、生活垃圾20份、污泥20份、粪便20份、煤粉20份、废轮胎胶粒20份、助燃剂6份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉38份、尿素20份、赤泥20份、过氧化钙38份、氧化锰20份、过氧化锶8份、过氧化镁8份、氧化铈8份、硼泥8份。
所述生物质燃料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径为3-4mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径均为3-4mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率65%的混合浆料；
（3）其次，向混合浆料中加入松脂和高碳灰，然后再加热到100℃后，保温60min；
（4）接着，将步骤（3）得到的混合浆料晾干，得到含水率为8%的混合干料；
（5）最后，将混合干料与环保助燃剂一起进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径为0.4-0.6mm的生物质燃料。
对比例3
一种生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物30份、生活垃圾20份、污泥20份、粪便20份、煤粉20份、废轮胎胶粒20份。
所述生物质燃料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径为3-4mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径均为3-4mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率65%的混合浆料；
（3）其次，向混合浆料中加入松脂和高碳灰，然后再加热到100℃后，保温60min；
（4）接着，将步骤（3）得到的混合浆料晾干，得到含水率为8%的混合干料；
（5）最后，将混合干料进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径为0.4-0.6mm的生物质燃料。
检测实验
（1）取实施例1-3和对比例1-3制备的产品，放置于密闭的容器内，阴暗保存3个月后打开容器，对比例2和对比例3制备的产品均产生了严重的异味；发现实施例1-3和对比例1制备的产品均无异味产生，继续密封保存3个月，发现实施例1-3和对比例1制备的产品均仍无异味产生。
（2）以实施例1-3和对比例1-3制备的产品为燃料，利用燃料流态化的特点和粉尘爆炸的原理，将燃料通过气体输送实现燃料和成比例的空气炉外均匀混合，实现生物质的流态化喂入生物质燃料燃烧炉中燃烧。
（2.1）经检测燃烧温度发现：实施例1-3制备的复合型高温环保生物质燃料的燃烧温度可达1320-1380℃；对比例1和对比例2制备的生物质燃料的燃烧温度也可达到1050℃；另外，其升温速度显著低于实施例1-3；对比例3制备的生物质燃料的燃烧温度仅能达到950℃，且升温速度显著低于对比例1和对比例2；与对比例3制备的生物质燃料相比，实施例1-3制备的复合型高温环保生物质燃料的燃烧效率提高了35%左右。
（2.2）经检测燃烧尾气发现：实施例1-3制备的复合型高温环保生物质燃料，以及对比例2制备的生物质燃料的燃烧尾气均符合国家相关规定，且除硫率可达98%，除硝率可达95%；对比例1和对比例3制备的生物质燃料的燃烧尾气均不能满足国家相关规定。
（2.3）经检测燃料热值发现：实施例1-3制备的复合型高温环保生物质燃料的热值为4800-5200千卡/千克，每吨复合型高温环保生物质燃料相当于0.7吨标准煤；对比例1和对比例2制备的生物质燃料的热值为3800-4200千卡/千克；对比例3制备的生物质燃料的热值不足3500千卡/千克。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种复合型高温环保生物质燃料，其特征在于，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物25-35份、生活垃圾15-25份、污泥15-25份、粪便15-25份、煤粉15-25份、废轮胎胶粒15-25份、助燃剂2-10份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉25-50份、尿素15-25份、赤泥15-25份、过氧化钙25-50份、氧化锰15-25份、过氧化锶5-10份、过氧化镁5-10份、氧化铈5-10份、硼泥5-10份。
2.根据权利要求1所述的复合型高温环保生物质燃料，其特征在于，所述复合型高温环保生物质燃料，以干重计，按照重量份的组分为：农林废弃物28-32份、生活垃圾18-22份、污泥18-22份、粪便18-22份、煤粉18-22份、废轮胎胶粒18-22份、助燃剂5-8份；所述助燃剂，按照重量份的组分为：白云石粉35-40份、尿素18-22份、赤泥18-22份、过氧化钙35-40份、氧化锰18-22份、过氧化锶7-8份、过氧化镁7-8份、氧化铈7-8份、硼泥7-8份。
3.根据权利要求1或2所述的复合型高温环保生物质燃料，其特征在于，所述污泥包括城市下水道污泥、河道污泥、污水处理产生的污泥和垃圾处理产生的污泥。
4.根据权利要求3所述的复合型高温环保生物质燃料，其特征在于，所述粪便包括人、家禽和牲畜产生的粪便。
5.一种如权利要求1-4任一所述的复合型高温环保生物质燃料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）首先，分别除去生活垃圾和城市下水道污泥中的塑料和刚性物质；然后将生活垃圾一起进行粗粉碎处理，得到粒径均不大于5mm的垃圾碎料；同时，也对农林废弃物进行粗粉碎处理，得到粒径均不大于5mm的植物碎料；
（2）然后，将垃圾碎料、植物碎料、污泥、禽畜粪便、煤粉和废轮胎胶粒一起混合均匀，得到含水率50%-80%的混合浆料；
（3）其次，对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为90℃-110℃，时间为30 min -90 min；
（4）接着，将微波处理后的混合浆料晾干，得到含水率为5%-10%的混合干料；
（5）最后，将混合干料与环保助燃剂一起进行精粉碎处理并混合均匀，得到粒径不大于0.8mm的复合型高温环保生物质燃料。
6.根据权利要求5所述的复合型高温环保生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中垃圾碎料和植物碎料的粒径大小为2-4mm。
7.根据权利要求5所述的复合型高温环保生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中得到的混合浆料的含水率为60%-70%。
8.根据权利要求5所述的复合型高温环保生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（3）为对混合浆料进行微波处理，微波处理的温度为100℃，时间为60min。
9.根据权利要求5所述的复合型高温环保生物质燃料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中得到的混合干料的含水率为8%。
10.根据权利要求5所述的复合型高温环保生物质燃料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中得到的复合型高温环保生物质燃料的粒径大小为0.3-0.7mm。
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